一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及多晶硅鑄錠爐設備，旨在提供一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構。該種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構包括爐體、隔熱籠、石墨護板、定向散熱塊、散熱塊進出氣冷卻管、石墨支撐柱、石英坩堝、加熱器和下排氣抽氣管。在本實用新型中，氬氣作為保護氣，從頂部石墨導氣管進入熱場內部并從底部抽出熱場，在頂部充氣和底部抽氣雙重壓差作用下，氬氣可帶著各種氧化物雜質氣體直接從隔熱籠內部的下排氣抽氣管路直接抽走，形成順暢的定向氣流通道，避免出現紊流現象；而且抽氣的整個過程，氣體都在高溫區流動，未經過低溫區，因此氧化物不會在熱場內堆積。
【專利說明】
一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構
技術領域
[0001]本實用新型是關于多晶硅鑄錠爐設備領域，特別涉及一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構。
【背景技術】
[0002]多晶硅鑄錠爐是用于制備太陽能級多晶硅錠的專業設備，隨著光伏行業的蓬勃興起而得到快速發展。多晶鑄錠的生產過程實為硅料熔化重結晶的過程，需要經過裝料、抽真空、加熱、熔化、長晶、退火、冷卻、出爐等工序。
[0003]實際生產過程中，鑄錠生產所使用的硅料中含有碳元素、鐵元素等各雜質，裝料所用的坩禍和氮化硅等輔料會帶入氧元素及其他雜質，而用于保溫的熱場材料和石墨加熱器等均為碳元素環境，甚至是用于保護作用的氬氣中同樣含有微量雜質氣體，所以在高溫狀態下，各種雜質揮發并反應形成各種氣態的雜質，例如一氧化硅、二氧化硅、氧化鐵等，氧化物雜質在氣態狀態下會隨熱流流動，直到遇到低溫區域時凝結成固態形式的氧化物，多晶爐爐內壁和隔熱籠頂板角落處由于溫度低成為氧化物聚集的主要區域。目前行業內的鑄錠爐，常采用的是上部進氣同時上部排氣結構，導致氬氣流通路徑不確定，容易出現氧化物氣體紊流因此遇冷就富集在熱場各個部位。
[0004]而且近年來，國內企業為了增加多晶硅鑄錠投料重量，將原有G5尺寸的熱場升級到G6尺寸的熱場，將原有G5尺寸的熱場升級到G6尺寸的熱場，投料重量則可從450KG增加到800KG。隨著投料量的大幅攀升，爐內氧化物量成倍增加，導致爐子清掃間隔周期從3個月大幅縮短到I個月甚至半個月。由于熱場內氧化物的大幅增加，不僅會污染硅液造成硅碇品質下降，而且定期對大量氧化物沉積的清理既是繁重的勞動工作而且極易破壞了熱場材料進而降低熱場的保溫性能。近兩年來，隨著G6熱場改造在行業中的全面推進，各個客戶均發現氧化物大幅聚集的問題，成為一直困擾各個鑄錠生產企業的疑難問題。
[0005]因此，如何徹底解決氧化物富集問題，避免頻繁的熱場清理，降低工作強度和減輕熱場材料的損壞，是光伏鑄錠行業內一個亟待解決問題。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供一種結合氣冷熱場的結構，能徹底解決氧化物富集問題的結構。為解決上述技術問題，本實用新型的解決方案是:
[0007]提供一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構，包括爐體，還包括隔熱籠、石墨護板、定向散熱塊、散熱塊進出氣冷卻管、石墨支撐柱、石英坩禍、加熱器和下排氣抽氣管；
[0008]所述隔熱籠吊裝在爐體內，定向散熱塊通過石墨支撐柱安裝在爐體中的隔熱籠內，定向散熱塊為中空結構的散熱塊;所述散熱塊進出氣冷卻管包括進氣管和出氣管，分別連通定向散熱塊的內部和爐體外部，用于實現定向散熱塊的內部通氣冷卻；
[0009]所述石墨護板為(四塊)石墨板拼接成箱型結構的石墨護板，安裝在定向散熱塊的上表面;所述石英坩禍安裝在石墨護板內，用于填裝硅料和承載硅溶液;所述加熱器安裝在爐體中，并將石墨護板罩于加熱器外(加熱器安裝在爐體中隔熱籠內的上方，設置在石英坩禍上方，構成倒扣的箱型形狀);
[0010]所述氬氣進氣管的一端伸入到石墨護板內加熱器的上方，另一端連通爐體外，用于保護性氬氣從上爐體頂部進入熱場內；所述下排氣抽氣管的一端伸入到爐體中隔熱籠內定向散熱塊的下方，另一端設置在爐體外，下排氣抽氣管連通爐體內外，用于氬氣從下爐體下部抽出。
[0011]作為進一步的改進，所述下排氣抽氣管通到爐體外部的一端，用于和抽氣系統連接。
[0012]作為進一步的改進，所述下排氣抽氣管由設置在爐體內的石墨管和設置在爐體外的不銹鋼編織管組成，石墨管采用內徑20mm的中空石墨管，不銹鋼編織管采用內徑15mm的編織不銹管。
[0013]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0014]1、在本實用新型中，氬氣作為保護氣，從頂部石墨導氣管進入熱場內部并從底部抽出熱場，在頂部充氣和底部抽氣雙重壓差作用下，氬氣可帶著各種氧化物雜質氣體直接從隔熱籠內部的下排氣抽氣管路直接抽走，形成順暢的定向氣流通道，避免出現紊流現象；而且抽氣的整個過程，氣體都在高溫區流動，未經過低溫區，因此氧化物不會在熱場內堆積。
[0015]2、由于本實用新型中的定向散熱塊采用氣體冷卻，因此無須開啟隔熱籠進行散熱，隔熱籠內部尤其頂部縫隙較小，氧化物雜質氣體不易從頂部縫隙流出隔熱籠至爐內壁導致氧化物的堆積，更進一步避免了爐內空間中氧化物的積累。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的整體結構剖視圖。
[0017]圖中的附圖標記為:I爐體;2隔熱籠;3石墨護板;4定向散熱塊;5石墨支撐柱;6散熱塊進出氣冷卻管;7下排氣抽氣管;8石英i甘禍;9娃溶液;10加熱器;11氬氣進氣管。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述:
[0019]如圖1所示的一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構，包括爐體1、隔熱籠2、石墨護板3、定向散熱塊4、散熱塊進出氣冷卻管6、石墨支撐柱5、石英坩禍8、加熱器10和下排氣抽氣管7。
[0020]所述隔熱籠2吊裝在爐體I內，定向散熱塊4通過多個石墨支撐柱5安裝在爐體I中的隔熱籠2內，定向散熱塊4為中空結構的散熱塊。所述散熱塊進出氣冷卻管6包括進氣管和出氣管，分別連通定向散熱塊4的內部和爐體I外部，通過散熱塊進出氣冷卻管6實現循環通氣冷卻，保證整個鑄錠運行過程中隔熱籠2可以處于緊扣狀態而無須打開。
[0021]所述石墨護板3為四塊拼接成箱型的石墨板，安裝在定向散熱塊4的上表面。所述石英坩禍8安裝在石墨護板3內，用于填裝硅料和承載硅溶液9。所述加熱器10安裝于爐體I上，并將石墨護板3罩于該加熱器10外。
[0022]所述氬氣進氣管11的一端伸入到石墨護板3內加熱器10的上方，另一端連通爐體I夕卜，用于保護性氬氣從上爐體I頂部進入熱場內。所述下排氣抽氣管7的一端伸入到爐體I中隔熱籠2內定向散熱塊4的下方，另一端設置在爐體I外，用于和抽氣系統連接。保護性氬氣從上爐體I頂部的氬氣進氣管11進入熱場內，再通過下爐體I下部的下排氣抽氣管7抽出，氣體在隔熱籠2內流動時均處于高溫狀態。
[0023]下排氣抽氣管7由設置在爐體I內的石墨管和設置在爐體I外的不銹鋼編織管組成，石墨管采用內徑20mm的中空石墨管，不銹鋼編織管采用內徑15mm的編織不銹管，保證整個抽氣管路可以隨下爐室正常上下移動。
[0024]實際生產過程開始前，需要將多晶硅料裝載至內壁涂有SiN的石英坩禍8中，并將石英坩禍8放置于導熱性很強的定向散熱塊4上；隨后，關閉爐體I進行抽真空操作，達到極限真空后檢漏進入加熱工藝;既接通電源后通過加熱器10對石英坩禍8中的硅料進行加熱；隨著加熱過程進行，爐體I內溫度逐漸上升，爐內有雜質氣體產生則需要通氬氣進行保護，氬氣通過爐體I頂部的氬氣進氣管11進入隔熱籠2內，再由固定于爐體I下部的下排氣抽氣管7抽走。加熱持續進行直到硅料完全熔化完成再進入長晶工藝過程;在保證隔熱籠2不打開的狀態下，開啟氣制冷循環系統，冷卻氣體沿散熱塊進出氣冷卻管6進入高溫的定向散熱塊4中，對其進行冷卻，從而間接帶走石英坩禍8中的硅液的熱量，形成自下而上的垂直溫度梯度;在這個溫度梯度的作用下，硅料從石英坩禍8底部開始凝固，即長晶過程是從溶液底部向頂部順序進行;最后，待所有的硅料都凝固后，既完成多晶硅鑄碇的生產過程。
[0025]由于米用氬氣進氣管11從隔熱籠2上部進氣，同時下排氣抽氣管7從隔熱籠2內的下部位置進行抽氣，在進氣和出氣雙重效果作用下，隔熱籠2內形成從頂至底的一個壓力差，保證了氣體的順利流通，且氣體在隔熱籠2內流通時均處于高溫狀態，因此不會遇冷而沉積。
[0026]同時由于定向散熱塊4通過散熱塊進出氣冷卻管6實現循環冷卻，因此隔熱籠2在鑄錠生產全過程均可關閉，保證隔熱籠2的相對密閉，有利于氣體的定向流通，保證下排氣的抽氣效果。
[0027]實際用戶現場對比爐普通爐上排氣方式爐和采用下部排氣熱場結構的氣冷爐，在運行一個月后的爐內熱場和爐壁的氧化物情況，明顯可見普通上排氣爐存在大量黃色的氧化物堆積，而采用下部排氣熱場結構的氣冷爐熱場和爐壁上均無明顯氧化物附著現象，下部排氣結構實際運行可保證三個月以上的熱場清理間隔周期，徹底解決了氧化物聚集問題。
[0028]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容中直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構，包括爐體，其特征在于，還包括隔熱籠、石墨護板、定向散熱塊、散熱塊進出氣冷卻管、石墨支撐柱、石英坩禍、加熱器和下排氣抽氣管； 所述隔熱籠吊裝在爐體內，定向散熱塊通過石墨支撐柱安裝在爐體中的隔熱籠內，定向散熱塊為中空結構的散熱塊;所述散熱塊進出氣冷卻管包括進氣管和出氣管，分別連通定向散熱塊的內部和爐體外部，用于實現定向散熱塊的內部通氣冷卻； 所述石墨護板為石墨板拼接成箱型結構的石墨護板，安裝在定向散熱塊的上表面;所述石英坩禍安裝在石墨護板內，用于填裝硅料和承載硅溶液;所述加熱器安裝在爐體中，并將石墨護板罩于加熱器外； 所述氬氣進氣管的一端伸入到石墨護板內加熱器的上方，另一端連通爐體外，用于保護性氬氣從上爐體頂部進入熱場內；所述下排氣抽氣管的一端伸入到爐體中隔熱籠內定向散熱塊的下方，另一端設置在爐體外，下排氣抽氣管連通爐體內外，用于氬氣從下爐體下部抽出。2.根據權利要求1所述的一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構，其特征在于，所述下排氣抽氣管通到爐體外部的一端，用于和抽氣系統連接。3.根據權利要求1所述的一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場結構，其特征在于，所述下排氣抽氣管由設置在爐體內的石墨管和設置在爐體外的不銹鋼編織管組成，石墨管采用內徑20mm的中空石墨管，不銹鋼編織管采用內徑15mm的編織不銹管。
【文檔編號】C30B29/06GK205711039SQ201620469712
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】傅林堅, 曹建偉, 葉欣, 石剛, 俞安洲, 孫明, 張興隆, 朱亮, 邱敏秀
【申請人】浙江晶盛機電股份有限公司